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J. Conserv. Sci > Volume 38(3); 2022 > Article
경주 금척리 유적 출토 철기의 용도별 분류에 따른 제작기법 고찰

초 록

경주 금척리 유적은 5세기 후반에서 6세기 전반에 조성된 금척리고분군(사적 제43호)과 매우 연접하며, 유적이 위치한 지역은 그 일대의 유력 지배세력의 무덤으로 알려져 있다. 신라 성장에 일익을 담당했던 인근 유적과도 밀접한 관련성이 있을 것으로 추정되는 경주 금척리 유적에서 출토된 철기를 대상으로 금속학적 방법론을 도입한 연구를 진행하였다. 철기의 용도에 따른 제작기법 차이를 확인하기 위해 용도별로 분류하여 8점을 선정하고, 미세조직 및 비금속개재물을 연구하였다. 분석 결과 제작 공정은 탄소함량이 높은 소재를 사용하여 형상을 단조하는 방법과 탄소함량이 낮은 소재를 사용하여 형상 단조만을 하는 기법, 형상 단조 후 필요에 따라 강도를 높이기 위한 침탄작업을 실시하는 기법이 적용된 것으로 확인된다. 이후 부위별 기능을 고려한 제강법과 열처리기술을 선택적으로 적용하여 기계적 성질을 향상시켰으며 제련 공정에는 저온환원법이 적용되었을 가능성이 크다. 또한 경주 중심부와 외곽에 위치한 유적에서 출토된 철기 유물과 비교해본 결과 제련 및 제작기술에서 상호 유사한 것이 확인된다.

ABSTRACT

The remains found in Geumcheok-ri, Gyeongju are located in close proximity to the Ancient Tombs in Geumcheok-ri, Gyeongju (Historic Site) which were built between the late 5th and early 6th centuries, and these tombs are known to belong to the powerful rulers of that area. Using metallurgical techniques, this study was conducted on the iron objects obtained from the excavated remains in Geumcheok-ri, Gyeongju which are presumed to have a close relation to the nearby ruins that played an important role in the growth of Silla. To identify differences in manufacturing techniques based on the purpose of the iron objects, eight objects were selected after classifying them by use and the microstructure and non-metallic inclusions were investigated. The analyses results confirmed that the manufacturing process involved forging iron with a high or low carbon content to produce a particular shape, and that the carburization process was applied to iron post forging a shape to increase its strength when necessary. The mechanical properties were improved by selectively applying the steelmaking method and the heat treatment technique considering the functions of the parts, and the low temperature reduction was applied to the smelting process. Furthermore, in comparison with the iron objects excavated from the remains located in the center of Gyeongju and its outskirts, it is confirmed that there is similarity in the smelting and manufacturing techniques between these objects.

1. 서 론

경주 금척리 유적은 5세기 후반에서 6세기 전반에 조성된 경주 금척리고분군(사적 제43호)과 매우 연접한 유적으로, 행정구역상 경주시 건천읍 231-1번지에 위치한다. 유적이 위치한 경주시 건천읍 금척리와 모량리 일대는 「삼국사기」와 「삼국유사」에 등장하는 신라 6부 중 하나인 점량부(漸梁部) 또는 모량부(牟梁部)의 근거지로 추정되는 지역으로, 그 일대의 유력 지배세력의 무덤으로 알려져 있다. 묘제 역시 신라의 대표 묘제인 적석목곽묘로 이루어져 있으며, 금제이식, 곡옥, 금동관, 은제과대 등이 출토되어 신라 지방 고총들에서 확인되는 양상과 유사한 것으로 확인되었다. 특히 문헌에 의하면 모량부는 24대 진흥왕의 왕비인 지소부인 또는 식도부인 박씨의 출신지로 되어있는 점과 모량이라는 옛 지명이 남아있는 점 등이 이러한 주장의 근거로 제시되고 있다. 또한 고분군 인근에 위치하고 있는 방내리고분군, 사라리고분군 등의 고고학적 선행연구에 따르면 이 지역이 신라 성장에 일익을 담당했던 소재지였음을 알 수 있다(Lee, 2007). 특히 이 가운데 방내리고분군은 금척리고분군과 직선거리로 매우 인접하고 있어 밀접한 관련성이 있을 것으로 추정된다(Gyeongju National Museum, 2021). 따라서 경주 금척리 유적은 금척리고분군의 동남 한계선 외측에 해당되는 부분으로 사적지정 범위에 포함되지는 않지만 유적의 입지, 묘제, 출토품 등으로 볼 때 금척리고분군의 무덤들과 시⋅공간적으로 같은 범주에 속한다고 볼 수 있다(Gyeongju National Museum, 2021).
고대에서 철의 생산과 보급은 실용적인 철제농공구의 제작을 가능하게 하여 농경사회로써 국가가 성립하는 기반을 구축하는 데 결정적인 요인이 되었으며, 야철 기술과 제강, 제조술의 발달은 예리한 무기와 마구의 병기를 제작하게 하였고 보다 강대한 국가체제를 구축할 수 있게 하였다(Gilgeum Craft Research Institute, 2008). 더욱이 이러한 철기문화의 변화는 당시 정치⋅사회⋅경제적 변화와 밀접하게 관련되어 중요한 연구대상이 된다. 이 가운데 경주는 신라시대 문화의 중심지로 오랜 시간 고대문화를 꽃피웠고, 다른 지역에 비해 역사문화 자원을 많이 확보하고 있다. 따라서 이를 중심으로 다양한 선행연구가 이루어졌으며, 현재도 지속적인 연구를 통해 고대 야금사 해석의 기본인 시대별 제작기술이 도출되고 있으나 고고학적 연구에 비해 금속학적 연구 성과는 미비한 실정이다.
본 연구에서는 경주 금척리 유적에서 출토된 철기를 무기류, 농공구류, 마구류로 분류하여, 금속심이 남아있는 유물 일부를 대상으로 미세조직 및 비금속개재물을 분석하였다. 이와 같이 금속학적 방법으로 분석한 결과를 통해 각 개체의 제작 공정을 파악하고 적용된 기술을 규명하고자 하였으며, 용도에 따른 제작방법의 차이를 알아 보았다. 또한 각각의 철기에서 확인된 용도별 차이 및 특징을 규명하기 위해 선행 연구자료와 비교 검토하였다.

2. 연구대상 및 연구방법

경주 금척리고분군에서 출토된 철기를 대상으로 용도별 제작기법의 차이를 확인하기 위하여 무기류, 농공구류, 마구류로 분류하여 총 8점의 유물을 선정하였다(Table 1). 본 논문에 수록한 각 유구 및 유물의 기술은 국립경주 박물관의 조사내용을 인용하였다. 시료는 유물의 파손을 최소화하는 범위 내에서 열처리나 가공 등 인위적인 처리가 이루어졌을 것으로 추정되는 인부나 공부에서 총 17개의 시료를 채취하였다.
시료는 에폭시 수지로 마운팅(mounting)한 후, 조밀 순서에 따라 샌드페이퍼로 연마하였다. 이후 연마포(MD-MOL, MD-NAP, Struers, DNK)와 연마제(DP-Suspension 3 μm, 1 μm, Struers, DNK)를 이용하여 미세연마를 실시하였다. 연마가 끝난 시편은 3%의 나이탈(HNO3+Ethyl Alcohol)용액으로 에칭(etching)하였다.
미세조직은 금속현미경(Nikon Eclipse LV150, JPN)을 이용하여 조직 전체를 관찰하고 특징적인 부분을 확대하여 조사한 뒤 영상분석프로그램(I-solution Delta Image analyzer program, IMT Inc, Canada)으로 촬영하였다. 또한 미세조직 내에 존재하는 비금속개재물의 성분은 주사전자현미경(FE-SEM with EBSD, ZEISS, SUPRA40 VP, DEU)에 부착된 에너지분석기(EDS, S-3000H, Hitachi, JPN)를 이용하여 분석하였다.

3. 분석 결과

3.1. 무기류

3.1.1. 대도(No.1)

Figure 1A는 4호묘에서 출토된 대도로, 배부는 약하게 턱이 지고 있으며 배부에서 인부로 갈수록 두께가 얇아져 예리한 날을 이루며 봉부도 날카롭다. 도신부의 단면은 이등변삼각형, 경부는 제형이다. 시료는 인부 2곳(Figure 1A의 a, b), 배부 1곳(Figure 1A의 c)에서 채취하였다.
Figure 1B는 인부(a)의 시료로 좌측이 내부, 우측이 표면에 해당하며 선단에 가깝다. 시료의 우측, 즉 선단에 해당하는 부분에 마르텐사이트 조직이 형성되어 있다 (Figure 1C). 또한 내부에 마르텐사이트 결정립계를 따라 분할변태된 펄라이트 콜로니가 생성되어 있다.
Figure 1D는 병부에 가까운 인부(b)의 시료로 좌측이 외부 방향이다. 인부(b) 시료 역시 탄소함량이 높은 펄라이트가 생성되어 있으나 내부보다 표면의 탄소함량이 더 높고 조대한 것으로 관찰된다(Figure 1E). 또한 비금속개 재물은 일련의 방향성을 가지고 길게 연신되어 있다.
Figure 1FFigure 1A의 c로 표시된 배부의 미세조직 사진으로 좌측이 표면 방향이고, 우측은 내부를 향한다. 전체적으로 탄소함량이 높은 펄라이트가 비교적 균일하게 분포한다(Figure 1G).
미세조직 내 비금속개재물의 구성성분을 SEM-EDS 분석으로 확인하고(Figure 2), 성분분석 결과를 Table 2에 나타내었다. 인부 비금속개재물 A-1지점에서는 파이알라이트가 검출되었으며, A-2지점과 B-1지점은 SiO2 함량이 높은 유리질 슬래그로 Al2O3, CaO 성분이 확인되었다. 배부 비금속개재물에서는 Fe산화물과 유리질 상이 확인된다.

3.1.2. 철모(No.2)

No.2 철모는 9호묘 적석목곽 주곽에서 출토되었다. 모신은 날 끝으로 갈수록 좁아지며 양쪽날 끝을 모두 세운 형태로 관부가 뚜렷하게 형성되어 있다. 신부의 단면은 능형이며 공부는 안쪽에서 말아 끝을 맞춘 형태로 말단은 연미형, 단면은 원형이다.
Figure 3A는 철모 외형에 시료 채취 위치를 표시한 것이다. 시료는 인부 1곳(Figure 3A의 a), 공부 1곳(Figure 3A의 b)에서 채취하였다. Figure 3B는 인부의 시료로 좌측이 날 선단에 해당하며, Figure 3D는 공부의 시료로 우측이 표면 방향이다. 인부와 공부 모두 결정립의 크기와 관계없이 전체적으로 탄소를 거의 포함하지 않는 순철조직으로 이루어져 있다(Figure 3C, 3E). 결정립 상호간에 보이는 명암의 차이는 탄소함량에 의한 것이 아닌 현미경 관찰을 위해 실행한 에칭과정에서 결정학적 배열에 따라 서로 상이한 에칭반응을 보인 것에 기인한다. 또한 시편의 미세 조직 내에 포함되어 있는 비금속개재물은 가공방향에 따라 일련의 방향성을 가지고 나타난다.
Figure 4Table 3은 미세조직 내 비금속개재물을 SEM-EDS로 분석한 결과이다. 인부의 비금속개재물을 성분 분석한 Figure 4A의 A-1지점에서는 Fe산화물이 검출되며, A-2지점은 유리상으로 FeO와 더불어 SiO2, CaO, TiO 등이 확인되었다. 공부의 비금속개재물을 분석한 Figure 4B의 B-1지점과 B-2지점은 P2O5, SiO2, CaO, FeO가 주성분을 이루고 다른 결정들이 관찰되지 않는 것으로 보아 유리질 상임을 알 수 있다.

3.1.3. 철모(No.3)

No.2 철모와 같은 9호묘 적석목곽 주곽에서 출토된 No.3 철모는 신부에서 공부로 이어지는 관부가 곡선을 그리며 뚜렷하게 형성되어 있다. 공부는 양쪽에서 말아 끝을 맞추었으며, 신부의 단면은 능형, 공부는 원형이다.
Figure 5A는 철모 외형에 시료 채취 위치를 표시한 것이다. 시료는 No.2 철모와 동일한 인부 1곳(Figure 5A의 a), 공부 1곳(Figure 5A의 b)에서 채취하였다. Figure 5B는 인부(a)의 시료로 좌측이 날 선단, 우측과 상단이 내부에 해당한다. 표면부에는 공석조성에 가까운 펄라이트가 생성되어 있으며 내부로 갈수록 탄소 함량이 낮은 페라이트 조직의 분율이 증가한다(Figure 5B, 5C). 내부에서 외부로 갈수록 명암이 어두워지는 것은 날을 세우기 위한 작업에서 탈탄이 진행되고 이를 다시 단단하게 만들기 위한 침탄이 실시된 것으로 보인다. Figure 5DFigure 5A의 (b)로 표시한 공부의 미세조직으로 하단이 표면에 해당한다. 내부에는 페라이트와 약간의 펄라이트가 혼재되어 있으 나 페라이트 조직이 주를 이루며, 표면에는 내부보다 펄라이트가 우세하다(Figure 5D, 5E).
미세조직 내 연신되어 나타나는 비금속개재물을 SEM-EDS로 분석하여 Figure 6Table 4에 나타내었다. 인부의 비금속개재물에서는 높은 함량의 CaO가 검출되었으며 A-1지점의 경우 유리질 상, A-2지점에서는 파이알라이트로 확인된다. 공부의 비금속개재물 B-1, B-2지점은 제련된 상태의 철을 단조하는 과정 중 반복적으로 겹쳐 두드리는 과정에서 생성된 것으로, 비금속개재물을 중심으로 발생되어 생산된 Fe산화물로 확인된다.

3.2. 농공구류

3.2.1. 철부(No.4)

6호묘 적석목곽 부곽에서 출토된 No.4 철부 신부의 양단은 직선상으로 내려오는 형태이고 인부 역시 직선에 가깝다. 신부와 공부의 연결부에는 관부가 뚜렷하게 형성되어 있다. 신부 단면은 말각세장방형, 공부 단면은 타원형 이다. 공부는 양쪽에서 말았으며 이음부는 살짝 벌어져 있다. 공부 내부에는 신부와의 연결부에 둔각의 단이 있으며 목질흔이 남아있다.
Figure 7A는 철부 외형에 시료 채취 위치를 표시한 것이다. 시료는 인부 1곳(Figure 7A의 a), 공부 1곳(Figure 7A 의 b)에서 채취하였다. Figure 7B의 좌측이 인부(a)의 날 선단에 해당하며 Figure 7D는 공부(b)의 시료로 우측이 외부 방향이다. 인부는 전체적으로 페라이트와 펄라이트의 혼재조직으로, 조직 내에 생성되어 있는 비금속개재물을 경계로 여러 층으로 나누어져 있으며 그에 따른 조직의 비율과 결정립의 크기에 있어 차이가 나타난다(Figure 7B, 7C). 표면부에 해당하는 시료의 상단과 하단에는 펄라이트 보다 페라이트 조직의 비율이 더 높으며 내부로 갈수록 페라이트 분율은 줄어들고 펄라이트 조직이 우세한 것으로 관찰된다. 공부는 페라이트 기지에 펄라이트가 일부 혼합하여 나타난다(Figure 7D, 7E). 페라이트는 다양한 크기의 결정립을 형성하고 있으며 결정립의 크기와 관계없이 모든 부위가 탄소함량이 낮은 순철조직으로 이루어져 있다. Figure 8Table 5는 인부 미세조직 내에 일련의 방향성을 가지고 나타나는 비금속개재물의 분석 결과이다. A-1지점은 비금속개재물을 중심으로 부식에 의해서 생성된 Fe산화물로 확인되며, A-2지점은 유리질 슬래그로 SiO2, Al2O3 등이 검출되었다.

3.2.2. 철부(No.5)

No.5 철부는 4호묘 적석목곽 유구에서 출토되었다. 신부의 평면 형태는 방형에 가까우며 인부는 약하게 호선을 그린다. 단면은 말각세장방형으로 신부로 갈수록 좁아진다. 공부는 양쪽에서 중앙으로 말았으며 이음부는 살짝 벌어져 있다. 견부가 형성되어 있으며 공부 내부에는 신부와의 연결부에 둔각의 단이 있으며 목질흔이 남아있다.
Figure 9A는 철부 외형에 시료 채취 위치를 표시한 것이다. 시료는 인부 1곳(Figure 9A의 a), 공부 1곳(Figure 9A 의 b)에서 채취하였다. Figure 9B는 인부(a)의 시료로 좌측이 날 선단에 해당하며 Figure 9D는 공부(b)의 시료로 우측이 외부 방향이다.
인부는 공석조성에 가까운 펄라이트가 시편 내 균일하게 분포하고 있다(Figure 9B, 9C). 공부의 시편은 부식이 상당히 진행되어 손실이 일부 이루어진 것으로 생각되며 관찰이 가능한 미세조직에 따르면 전체적으로 페라이트와 시멘타이트로 이루어진 조대 펄라이트가 분포하고 있다(Figure 9D). 부분적으로 과열 냉각조직인 침상의 비드만스테튼 페라이트 조직이 관찰된다(Figure 9E).
Figure 10Table 6은 미세조직 내 다수 확인되는 인부의 비금속개재물 SEM-EDS 분석결과이다. A-1과 A-2지점에서 함량의 차이는 있으나 CaO함량이 높게 검출되었으며, 제련과정에서 제거되지 않은 유리질상으로 확인된다.

3.3. 마구류

3.3.1. 재갈(No.6)

No.6 재갈은 1호묘 적석목곽 주곽에서 출토되었다. 복환판비로, 함과 인수, 함류가 연결된 형태이다. 함은 이연식이며, 외환에 인수가 연결되어 있다. 함유는 꼬아 만든 철봉으로 타원형의 둥근 테를 만든 뒤 철봉을 교차시켜 함외환에 끼어지는 형태이다.
Figure 11A는 재갈 외형에 시료 채취 위치를 표시한 것이다. 시료는 함유부 1곳(Figure 11A의 a), 인수부 1곳(Figure 11A의 b)에서 채취하였다. Figure 11B는 함유부의 시료로 좌측이 외부를 나타내며, Figure 11D는 인수부의 시료로 우측이 내부 방향이다. 함유부와 인수부 모두 전체적으로 탄소함량이 낮은 아공석강으로 결정립이 미세하다(FIgure 11B-D). 순철의 페라이트에 약간의 펄라이트가 혼재되어 있으며, 인수부 내부에는 냉각과열조직인 비드만스테튼 페라이트 조직이 관찰된다(Figure 11E).
Figure 12Table 7은 인수부 미세조직 내 비금속개재물의 구성성분을 SEM-EDS로 확인한 결과이다. A-1지점은 Fe산화물, A-2지점은 유리질 슬래그로 FeO, SiO2, Al2O3, CaO 등이 검출되었다. CaO의 함량이 높은 것으로 보아 제련과정에서 의도적으로 석회물질을 첨가한 것으로 추정되며 비금속개재물을 제련과정에서 잔류한 것으로 볼 수 있다.

3.3.2. 등자(No.7)

No.7 한 쌍의 등자는 1호묘 적석목곽 유구에서 출토되었다. 병부의 폭은 선단에서 하단으로 갈수록 좁아지는 형태이며 단면은 방형이다. 상부에는 원형태가 장방형으로 뚫려있는 역혁공 1개가 마련되어 있다. 윤부(輪部)의 평면형태는 거의 타원형에 가까우며 단면은 방형이다. 답수부(踏受部)는 윤부에 비해 너비가 넓고 스파이크가 형성되어 있으나 전체적인 형태를 파악하기 어려우며 장방형의 단면을 가진다.
Figure 13A는 등자 외형에 시료 채취 위치를 표시한 것이다. 시료는 답수부 1곳(Figure 13A의 a), 윤부 1곳(Figure 11A의 b), 병부(Figure 11A의 c) 1곳에서 채취하였다. FIgure 13B는 답수부(a)의 시료로 상단이 내부방향을 나타내며, Figure 13D 윤부(b)의 시료로 하단이 내부 방향이다. 답수부와 윤부의 미세조직은 전체적으로 탄소함량이 거의 없는 아공석강으로, 순철에 가까운 페라이트 조직으로 구성되어 있으며 약간의 펄라이트가 혼재되어 있다 (Figure 13B-D). 미세조직의 결정립은 비교적 미세하고 균일하다. 윤부의 표면에 해당하는 좌, 우측에는 침상의 비드만스테튼 조직이 형성되어 있다(Figure 13E).
Figure 11A의 (c)로 표시한 병부는 부식으로 인해 표면에 해당하는 외측 미세조직의 관찰이 극히 제한되지만, 관찰 가능한 조직에 따르면 표면에 탄소함량이 높은 펄라이트가 생성되어 있다(Figure 13F, 13G). 내부에서 외부로 갈수록 탄소함량에 따른 차이가 발생되어 있어 내부보다 외측의 탄소함량이 더 높은 것을 알 수 있다. 또한 비금속 개재물이 가공된 방향을 따라 길게 연신되어 있다.
Figure 14Table 8은 미세조직 내 비금속개재물을 SEM-EDS 분석한 결과이다. 답수부 비금속개재물 A-1지점은 우스타이트가 검출되었으며, A-2지점은 유리질 상으로 확인된다. 윤부 역시 B-1지점에서 우스타이트가 검출되었으며, B-2지점은 Fe산화물로 확인된다. 또한 병부에서도 FeO 외에 SiO2, Al2O3, MgO, CaO가 포함된 우스타이트가 검출되었다.

3.3.3. 교구(No.8)

교구는 허리띠의 한 부속구라 할 수 있지만 함께 출토되는 유물에 따라 마구류나 화살통의 부속품 등으로 분류된다. 7호묘 적석목곽 유구에서 출토된 No.8 교구는 출토 유물과 유적의 성격이 고려되어 마구류로 분류되었다. ‘U’자형의 외륜에 ‘T’자형의 침이 건너질러 가운데서 서로 맞물려 걸쳐지는 형태로, 침 부분이 일부 결실되었다. 외륜과 침의 단면 형태는 원형에 가깝다.
Figure 15A는 교구 외형에 시료 채취 위치를 표시한 것이다. 시료는 외륜부 1곳(Figure 15A의 a)에서 채취하였다. Figure 4B는 외륜부(a)의 시료로 상단이 외부 방향이다. 전체적으로 공석 조성에 가까운 펄라이트 조직으로 이루어져 있다. 부분적으로 보이는 페라이트는 고온에서 존재하는 오스테나이트 상의 결정립계를 따라 형성되어 있다.
Figure 16Table 9는 외륜부 미세조직 내 비금속개재물의 SEM-EDS 분석결과이다. A-1지점과 A-2지점은 서로 유사한 조성을 이루며 유리질 상으로 확인된다.

4. 고 찰

경주 금척리 유적에서 출토된 철제유물을 대상으로 용도별 제작기법의 차이를 확인하기 위해 용도별로 분류하여 8점의 유물을 선정하였으며, 총 17개의 시편을 채취하여 분석하였다. 분석 결과를 Table 10에 요약하여 정리하 였다.

4.1. 제작기법 비교

무기류로 분류되는 대도는 전쟁 시 살상용으로 찌르거나 베는 용도로 사용된다. 4호묘 적석목곽에서 출토된 대도에서 채취한 2개의 인부 시편 중 선단부에 가까운 인부 끝에 인성 및 내마모성을 높이는 열처리인 담금질을 실시하여 마르텐사이트 조직을 형성하였으며 이를 통해 강도를 극대화했다. 내부에는 마르텐사이트 결정립계를 따라 분할변태된 펄라이트 콜로니가 생성되어 있는데, 이는 선단에 비해 냉각속도가 충분하지 못하였으며, 냉각과정에서 펄라이트가 성장하지 못하여 입계에 콜로니(colony)형태로 나타나게 된 것으로 보인다. 또 다른 인부에는 펄라이트가 형성되어 있으나 표면부는 내부에 비해 결정립이 조대하다. 배부 역시 탄소함량이 높은 펄라이트 조직이 형성되어 인부가 받는 충격을 흡수할 수 있도록 제작된 것으로 보여진다. 또한 인부에서는 적층 단타의 흔적인 유리질 상의 비금속개재물이 가공 방향을 따라 연신되어 나타난다. 즉, 대도를 제작할 때 공석에 가까운 강 소재를 사용하여 반복적인 단조작업을 통해 대도의 형태를 완성하고, 단단함이 필요한 인부 끝에만 국부적으로 담금질 및 열처리를 실시하여 마르텐사이트 조직을 형성함으로써 강도를 극대화시켰다.
철모는 긴 자루 끝에 연결하여 양손에 쥐고 직선적으로 적을 찌르는 용도로 사용된다. 9호묘 적석목곽 주곽에서 출토된 철모 2점을 대상으로 분석한 결과, No.2 철모는 인부와 공부 모두 탄소를 거의 포함하지 않는 순철조직으로 이루어져 있다. 이에 비해 No.3 철모는 인부 표면에 공석에 가까운 펄라이트가 형성되어 있으며 내부로 갈수록 탄소함량이 낮은 페라이트 조직이 나타난다. 공부의 내부에는 페라이트와 약간의 펄라이트가 혼재되어 있으며 표면부의 펄라이트 분율이 더 높게 나타난다. 이와 같은 조직 양상은 탄소함량이 낮은 소재를 사용하여 형태를 완성하고 단단함이 필요한 인부 표면을 강화하기 위한 침탄 작업을 실시한 것으로 보인다. 공부 표면의 펄라이트 역시 인부에 행해진 침탄 공정의 고온의 탄소분위기 영향으로 인해 발생된 것으로 판단된다. 또한 2점의 철모 모두 조직 내 다수의 비금속개재물이 포함되어 있으며 길게 연신되어 방향성을 나타낸다. SEM-EDS 분석결과 CaO함량이 높게 검출되어 제련과정에서 석회물질을 첨가한 것으로 추정된다.
농공구로서의 철부는 식물을 베거나 자르는 용도로 사용된다. 먼저 6호묘 적석목곽 부곽에서 출토된 No.4 철부 인부는 전체적으로 펄라이트와 페라이트 혼재조직으로, 조직 내 다수 포함된 비금속개재물을 경계로 나뉜 층에 따라 조직분포 비율, 결정립의 크기와 탄소함량에서 차이가 나타난다. 표면부에는 페라이트 분율이 높으며 내부로 갈수록 펄라이트 조직이 우세한 것으로 관찰된다. 이를 통해 적층단타 가공을 거쳐 탄소함량을 고르게 하는 공정을 실시했으나 접합상태가 완전하지 못하였음을 알 수 있으며 비금속개재물을 경계로 탄소함량이 낮은 것 역시 탄소함량이 높은 소재를 반복적으로 두드려 성형하는 과정에서 표면에 탈탄현상이 일어난 것으로 볼 수 있다. 공부는 부정형의 페라이트 조직에 펄라이트가 약간 혼재되어 있다. No.5 철부의 인부에는 공석 조성에 가까운 펄라이트 조직이 비교적 조밀한 결정립의 크기를 가지며 균일하게 분포하고 있다. 공부에는 전체적으로 결정립이 조대하며, 탄소함량이 높은 펄라이트가 분포하고 있다. 일부분에서 A₃온도 이상에서 과열되어 결정립이 크게 성장한 상태에서 페라이트가 오스테나이트 결정립계에 석출해 침상의 형태로 나타나게 되는 비드만스테튼 조직이 관찰된다(Scott and Eggert, 2009). 두 철부에 포함되어 있는 비금속개재물은 조직 내 길게 연신되어 나타나며, CaO 함량이 높은 것으로 보아 제련과정에서 의도적으로 석회물질을 첨가한 것으로 보인다.
재갈은 말을 타거나 부리는 데 사용되는 마구류에서 말을 제어하는 데 가장 중요한 기능을 수행한다. 1호묘 적석목곽 주곽에서 출토된 재갈을 분석한 결과, 함유부에는 미세하고 균일한 페라이트에 약간의 펄라이트가 혼재되어 있다. 한편 인수부에는 불균일한 크기의 페라이트 기지에 펄라이트가 혼재되어 있으며, 내부에 형성된 펄라이트와 비드만스테튼 페라이트 조직은 표면부보다 내부에서 탄소함량이 더 높은 것으로 보인다. 재갈의 형태는 2개의 철봉을 꼬아 만든 이연식으로 아공석강의 소재를 사용하였다. 먼저 철봉을 제작한 후 열을 가해 2개의 철봉을 하나로 꼬아 형태를 완성하였으며, 인수부에서 확인되는 표면부의 페라이트는 고온의 분위기 및 2차 성형과정에서 일어난 탈탄현상으로 보인다.
등자는 기승자가 말에 오를 때와 달릴 때 양발을 끼워 안정을 유지하는 말갖춤으로 1호묘 적석목곽에서 출토되었다. 등자의 답수부는 페라이트 조직으로 구성되어 있으며 결정립이 미세하고 비교적 균일하다. 윤부에는 페라이트에 약간의 펄라이트가 혼재되어 있다. 내부에 비해 표면부의 탄소함량이 더 높으며 비드만스테튼 페라이트 조직이 관찰된다. 병부의 경우 내부에는 작은 결정립의 페라이트가 균일하게 분포하며 약간의 펄라이트와 혼재되어 나타난다. 내부에서 표면부로 갈수록 탄소함량이 높아지며 조직 내 비금속개재물이 길게 연신되어 방향성을 나타낸다. 즉, 탄소함량이 낮은 소재를 접고 두드려 형태를 완성하고, 무게를 지탱하는 병부의 강도를 보강하기 위한 침탄 공정을 실시한 것으로 보인다. 또한 윤부 표면에 나타나는 비드만스테튼 페라이트와 내부에 비해 미세한 결정립은 침탄공정을 실시하는 병부 근처에 위치하여 윤부가 고온의 탄소 분위기에 영향을 받아 표면부에 침탄이 이루어졌으며, 냉각 속도가 비교적 빠르게 진행되어 침상의 비드만스테튼 페라이트 조직이 생성된 것으로 보여진다.
7호묘 적석목곽 부곽에서 출토된 교구는 출토 유물과 유적의 성격이 고려되어 마구류로 분류되었다. 전체적으로 공석 조성에 가까운 펄라이트 조직으로 이루어져 있으며 내부로 갈수록 펄라이트의 결정립계를 따라 약간의 페라이트가 가늘게 나타난다. 이러한 조직은 철의 탄소 함량이 공석조성에 미치지 못할 경우 공랭 또는 노냉 시 펄라이트 조직이 생성되기 전에 석출되는 것으로 공석에 가까운 강 소재를 이용해 제작되었음을 알 수 있다(Kim et al., 1999).
마구류는 전체적으로 조직의 결정립이 비교적 미세하며, 조직 내 포함된 비금속개재물 또한 적게 포함되어 있다. SEM-EDS 분석 결과 주로 고체저온환원법의 지표조직인 우스타이트가 검출되었다(Kim, 2014).

4.2. 선행연구와 비교

Table 11은 경주와 경주 인근지역에 위치한 유적에서 출토된 철기유물의 분석결과이다.
먼저 경주지역 5∼6세기에 조성된 황남대총(Chung, 2001)과 황오리 1호분(Park et al., 2001), 월산리 유적(Jung, 2007)에서 출토된 철기유물의 미세조직을 분석한 결과 고체저온환원법으로 생산된 괴련철을 사용하여 제작되었다. 또한 황남대총과 황오리 1호분에서는 형태를 완성하고 단단함이 요구하는 인부에 침탄공정과 담금질을 실시하여 강도를 보강한 것으로 확인되었다.
경주 이외 외곽지역에 해당하는 울산 중산리고분군(Kim, 1993)과 포항 학천리고분군(Jung, 2007), 옥성리고 분군(Lim, 2007), 의성 학미리⋅대리리 유적(Kim, 2004)에서 출토된 철기 유물은 4∼6세기 초에 제작되었다. 분석 결과 괴련철이 사용되었으며 강도가 요구되는 부위에 열처리 및 제강공정이 실시된 것으로 확인된다. 다만 포항 옥성리고분군에서 출토된 철기의 사용 소재는 다른 유적과 달리 초강(炒綱)을 사용한 것으로 확인되었다.
극히 제한적인 유적과 유물을 대상으로 분석을 실시하여 해당 유적의 철기제작 기술 및 체계를 모두 포괄하거나 대표할 수는 없으나, 선행연구 된 결과를 종합하여 볼 때 삼국시대 신라의 중심이었던 경주 중심부를 비롯한 경주 외곽지역에 위치한 유적에서 고체저온환원법을 이용하여 생성된 괴련철을 소재로 유물을 제작하였음을 알 수 있다. 이후 필요한 부위에 선택적으로 탄소를 고온에서 확산, 침투시키는 침탄의 제강법과 냉각속도를 조절하여 담금질 조직을 생성함으로써 강도나 경도 등의 기계적 성질을 향상시키는 공정이 실시되었음을 알 수 있었다.

5. 결 론

이상으로 경주 금척리 유적에서 출토된 철제유물 각 개체에 적용된 제작기법과 그 결과를 바탕으로 용도별 제작기법의 차이에 대해 조사하였으며, 그 과정에서 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
무기류의 제작에는 성형 후 부위별 기능을 고려하여 탄소를 확산⋅침투시키는 침탄과 냉각속도의 조절을 통해 인부에만 국부적으로 열처리 기술을 적용하여 기계적 성질을 향상시켰다. 또한 동일 유구에서 출토된 철모 2점의 제작에 사용된 소재와 응용된 공정에서 차이가 확인되었다. 농공구류는 비교적 탄소 함량이 높은 소재를 사용하여 제작하였으며, 성형 후 인위적인 처리가 실시되지 않은 것으로 확인된다. 마구류는 탄소함량이 낮은 아공석강을 사용하여 제작되었으며, 강도가 필요한 부위에 침탄의 공정을 실시하였다.
적용된 제작방법에는 탄소함량이 높은 소재를 사용하여 형상 단조하는 방법과 탄소함량이 낮은 소재를 사용하여 형상 단조만을 하는 방법, 형상 단조 후 제강 공정을 실시한 세 가지 방법으로 확인되었다. 그러나 동일 유구에서 출토된 같은 용도의 유물에서도 제작에 사용된 소재와 성형 정도에 따른 탄소함량, 응용된 공정의 차이가 확인되고, 일률적인 방법이 적용되지 않았기에 제작기법의 차이를 용도별로 분류하기에는 어려움이 있다. 다만 마구류로 분류되는 유물이 비교적 균일하고 미세한 결정립 크기로 관찰되고, 비금속개재물이 비교적 적게 포함되어 있는 것으로 확인된다. 또한 등자의 병부를 제외하고는 일련의 방향성도 나타나지 않아, 적용된 제작 방법은 용도에 따른 차이가 아닌 각 개체의 특성에 따라 필요한 부위에 2차 공정이 선택⋅실시되어진 것으로 보인다.
따라서 금척리고분군에서 출토된 철제유물의 제작에는 고체저온환원법으로 생산된 괴련철을 원소재로 사용하였으며 소재를 접고 두드리는 반복단타로 형태를 완성하였으며, 부위별 기능을 고려하고 침탄의 제강법과 열처리 기술을 국부적으로 적용하여 기계적 성질을 향상시켰다. 조직 내 비금속개재물이 성분분석 결과 우스타이트와 파이알라이트, 유리질슬래그로 확인되며, CaO 함량이 높게 검출되어 제련과정에서 슬래그의 유동성을 높이기 위해 의도적으로 석회물질을 첨가했을 가능성이 있다.
본 연구에서는 유물이라는 특수성으로 인해 출토된 철기 중 극히 일부분에 대해서만 제한적으로 진행되었다. 그로 인해 본 연구에서 확인한 제작기법으로 당대에 일반화되어 있는 결론을 도출해내기에는 어려움이 존재한다. 다만 선행연구 된 경주 중심부에 위치하고 비슷한 시기에 조성된 고분군과 외곽지역에 위치한 고분군의 분석 결과와 비교하였을 때 금척리 유적 출토 철기유물에 적용된 기술체계와 유사성을 확인할 수 있었다. 전체적인 제작 기술을 파악하기 위해서는 차후 이루어질 발굴 조사와 다양한 철기유물에 대한 지속적인 연구가 이루어질 것을 기대하며 향후 고대사 연구와 지역적, 시대적 기술체계 등을 연구하고 이해하는 데 도움이 될 수 있을 것으로 사료된다.

사 사

본 연구는 국립경주박물관의 지원과 국립문화재연구원 ‘무기질 문화재 보존처리 및 조사’ 연구과제의 일환으로 이뤄졌다.

Figure 1.
(A) Sampling point of No.1 sword. (B) Microstructure of edge (× 50). (C) Enlarged microstructure of edge (× 200). (D) Microstructure of edge (× 50). (E) Enlarged m icrostructure of edge (× 200). (F) Microstructure of back (× 50). (G) Enlarged microstructure of back (× 500).
JCS-2022-38-3-04f1.jpg
Figure 2.
SEM image and point of EDS analysis of No.1 sword. (A) edge. (B) back.
JCS-2022-38-3-04f2.jpg
Figure 3.
(A) Sampling point of No.2 spearhead. (B) Microstructure of blade (× 50). (C) Enlarged microstructure of blade (× 200). (D) Microstructure of socket (× 50). (E) Enlarged microstructure of socket (× 100).
JCS-2022-38-3-04f3.jpg
Figure 4.
SEM image and point of EDS analysis of No.2 spearhead. (A) Blade. (B) Socket.
JCS-2022-38-3-04f4.jpg
Figure 5.
(A) Sampling point of No.3 spearhead. (B) Microstructure of blade (× 50). (C) Enlarged microstructure of blade (× 200). (D) Microstructure of socket (× 50). (E) Enlarged microstructure of socket (× 100).
JCS-2022-38-3-04f5.jpg
Figure 6.
SEM image and point of EDS analysis of No.3 spearhead. (A) Blade. (B) Socket.
JCS-2022-38-3-04f6.jpg
Figure 7.
(A) Sampling point of No.4 axe. (B) Microstructure of blade (× 50). (C) Enlarged microstructure of blade (× 200). (D) Microstructure of socket (× 50). (E) Enlarged microstructure of socket (× 100).
JCS-2022-38-3-04f7.jpg
Figure 8.
SEM image and point of EDS analysis of No.4 axe. (A) Blade.
JCS-2022-38-3-04f8.jpg
Figure 9.
(A) Sampling point of No.5 axe. (B) Microstructure of blade (× 50). (C) Enlarged microstructure of blade (× 200). (D) Microstructure of socket (× 100). (E) Enlarged microstructure of socket (× 200).
JCS-2022-38-3-04f9.jpg
Figure 10.
SEM image and point of EDS analysis of No.5 axe. (A) Blade.
JCS-2022-38-3-04f10.jpg
Figure 11.
(A) Sampling point of No.6 bit. (B) Microstructure of side ring (× 50). (C) Enlarged microstructure of side ring (× 200). (D) Microstructure of cheek piece (× 50). (E) Enlarged m icrostructure of cheek piece (× 200).
JCS-2022-38-3-04f11.jpg
Figure 12.
SEM image and point of EDS analysis of No.6 bit. (A) Cheek piece.
JCS-2022-38-3-04f12.jpg
Figure 13.
(A) Sampling point of No.7 stirrup. (B) Microstructure of tread (× 50). (C) Microstructure of tread (× 200). (D) Enlarged microstructure of ring (× 50). (E) Enlarged microstructure of ring (× 200). (F) Enlarged microstructure of area of eyelet (× 50). (G) Enlarged microstructure of area of eyelet (× 200).
JCS-2022-38-3-04f13.jpg
Figure 14.
SEM image and point of EDS analysis of No.7 stirrup. (A) Tread. (B) Ring. (C) Area of eyelet.
JCS-2022-38-3-04f14.jpg
Figure 15.
(A) Sampling point of No.8 buckle. (B) Microstructure of frame (× 50). (C) Enlarged microstructure of frame (× 500).
JCS-2022-38-3-04f15.jpg
Figure 16.
SEM image and point of EDS analysis of No.8 buckle. (A) Frame.
JCS-2022-38-3-04f16.jpg
Table 1.
List of samples
Sample number Tombs Classification Objects Sampling point Quantity
1 Tombs No.4 Weaponry Iron sword Edge 2
Back 1
2 Tombs No.9 Iron spearhead Blade 1
Socket 1
3 Tombs No.9 Iron spearhead Blade 1
Socket 1
4 Tombs No.6 Tools Iron axe Blade 1
Socket 1
5 Tombs No.4 Iron axe Blade 1
Socket 1
6 Tombs No.1 Horse harness Bit Side ring 1
Cheek piece 1
7 Tombs No.1 Stirrup Tread 1
Ring 1
Area of eyelet 1
8 Tombs No.7 Buckle Frame 1
Table 2.
EDS analysis results of No.1 sword
Analysis position Element (wt%)
MgO Na2O Al2O3 SiO2 K2O CaO FeO
A-1 21.25 - - 29.03 - - 49.72
A-2 - 4.47 29.25 35.47 4.8 9.4 16.61
B-1 - - - - - - 100
B-2 1.9 3.67 24.6 53.56 6.09 10.19 -
Table 3.
EDS analysis results of No.2 spearhead
Analysis position Element (wt%)
MgO Al2O3 SiO2 P2O5 K2O TiO2 CaO FeO
A-1 - - - - - 1.19 - 98.81
A-2 - - 13.47 - - 1.25 7.99 77.29
B-1 1.7 5.82 15.35 38.14 - - 24.37 14.62
B-2 1.31 10.97 17.18 35.91 0.7 - 23.74 10.19
Table 4.
EDS analysis results of No.3 spearhead
Analysis position Element (wt%)
MgO Al2O3 SiO2 P2O5 MnO2 CaO FeO
A-1 2.25 - 51.13 - - 40.33 6.29
A-2 2.05 4.25 20.49 - - 26.11 47.1
B-1 6.47 3.17 18.16 - - 5.21 67.0
B-2 2.45 0.48 1.63 10.92 3.41 1.79 79.32
Table 5.
EDS analysis results of No.4 axe
Analysis position Element (wt%)
MgO Na2O Al2O3 SiO2 K2O CaO FeO
A-1 - - - 2.16 - - 97.84
A-2 3.38 - 17.91 60.12 6.79 11.79 -
Table 6.
EDS analysis results of No.4 axe
Analysis position Element (wt%)
MgO Na2O Al2O3 SiO2 K2O CaO FeO
A-1 1.25 - 7.15 52.77 2.51 36.33 -
A-2 4.52 - 23.6 50.62 8.81 12.45 -
Table 7.
EDS analysis results of No.6 bit
Analysis position Element (wt%)
MgO Na2O Al2O3 SiO2 K2O CaO FeO
A-1 - - 1.21 - - - 97.99
A-2 - - 14.09 33.94 4.39 12.4 35.18
Table 8.
EDS analysis results of No.7 stirrup
Analysis position Element (wt%)
MgO Al2O3 SiO2 P2O5 CaO FeO
A-1 - 1.28 - - - 98.72
A-2 - - 18.65 14.9 7.78 56.68
B-1 - 1.06 0.6 - - 98.34
B-2 - - 0.87 - - 99.13
C-1 0.29 0.88 2.33 - 0.59 95.91
Table 9.
EDS analysis results of No.8 buckle
Analysis position Element (wt%)
MgO Na2O Al2O3 SiO2 K2O CaO FeO
A-1 2.26 - 12.25 67.54 7.95 10.01 -
A-2 0.91 - 12.12 66.6 8.91 3.5 7.96
Table 10.
Results of analysis of iron objects excavated from the remains in Geumcheok-ri, Gyeongju
Classification Objects Sampling point Microstructure Material Carbon content Inclusion Manufacturing technology
Weaponry Iron sword Edge a Pearlite + martensite Hypoeutectoid steel High Fayalite, glass phase Forming → quenching
Edge b Ferrite + pearlite Glass phase Forming
Back c Pearlite Glass phase
Iron spearhead Blade a Ferrite + pearlite Low Glass phase Forming
Socket b Ferrite + pearlite Glass phase
Iron spearhead Blade a Ferrite + pearlite Low Wüstite, fayalite Forming → carburizing
Socket b Ferrite + pearlite - Forming
Tools Iron axe Blade a Ferrite + pearlite Hypoeutectoid steel High Glass phase Forming
Socket b Ferrite + pearlite -
Iron axe Blade a Pearlite High Glass phase Forming
Socket b Pearlite + widmanstätten -
Horse harness Bit Side ring a Ferrite + pearlite Hypoeutectoid steel Low Wüstite, Glass phase Forming
Cheek piece b Ferrite + pearlite + widmanstätten Wüstite
Tread c Ferrite + pearlite + widmanstätten Wüstite Forming → carburizing
Stirrup Ring a Ferrite + pearlite Low - Forming
Area of eyelet b Ferrite + pearlite + widmanstätten Glass phase
Buckle Frame a Ferrite + pearlite High Glass phase Forming
Table 11.
Results of previous research analysis
Remains Hwangnam daechong tomb in Gyeongju Hwango-ri No.1 in Gyeongju Wolsan-ri in Gyeongju Jungsan-ri tombs in Ulsan Oksung-ri tombs in Pohang Hakcheon-ri tomb in Pohang Daeri-ri tombs⋅Hakmi-ri tombs in Uiseong
Micro structure and Process
Composition Last 5th century Late 5th∼early 6th century Mid 5th∼early 6th century 4th∼early 6th century 2th∼4th century 4th∼6th century Last 5th century Early 6th century
Material Iron bloom Iron bloom Iron bloom Iron bloom Parching method Iron bloom Iron bloom Iron bloom
Micro structure Blade Pearlite + ferrite Pearlite + ferrite Pearlite + ferrite Pearlite + ferrite Pearlite + ferrite Pearlite Pearlite + ferrite Pearlite + ferrite
Socket Ferrite + pearlite Ferrite Ferrite + pearlite Ferrite + pearlite Ferrite Ferrite + pearlite Ferrite + pearlite Ferrite + pearlite
Manufacturing Technology Heat treatment O O O O O O X O
Carburization O O X O X O X X
Inclusions Fayalite, glass phase - Glass phase Glass phase Glass phase Wustite, glass phase Fayalite, glass phase

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